WO2015072503A1 - 蓄熱器 - Google Patents

蓄熱器 Download PDF

Info

Publication number
WO2015072503A1
WO2015072503A1 PCT/JP2014/080049 JP2014080049W WO2015072503A1 WO 2015072503 A1 WO2015072503 A1 WO 2015072503A1 JP 2014080049 W JP2014080049 W JP 2014080049W WO 2015072503 A1 WO2015072503 A1 WO 2015072503A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
graphite
heat
granular material
pipe
silicon carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/080049
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕昭 桐木
明旭 韓
久保　修一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Publication of WO2015072503A1 publication Critical patent/WO2015072503A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a heat accumulator.
  • Patent Document 1 discloses a heat storage system that stores water by freezing water in a heat storage tank with a refrigerant that flows through the circulation pipe disposed in the heat storage tank, and each of the circulation pipes is connected to each of the circulation pipes.
  • a heat storage system is described, wherein the bent portions are continuously bent so as to be located in a zigzag shape in a parallel plane, and the refrigerant flow directions of adjacent circulation pipes are reversed. Yes.
  • a structure that bends continuously so as to be zigzag in a plane is also called a serpentine structure, and it is widely used as a method of arranging pipes that deliver heat within a limited area, such as air conditioners and automobile radiators. Has been.
  • the heat storage system described in Patent Document 1 maintains the liquid (water) in the heat storage tank at a predetermined temperature by exchanging heat through a pipe. Since the heat storage body (liquid in the heat storage tank) is a liquid, heat transfer is premised on convection. For this reason, when the viscosity increases in the temperature range to which the heat storage body is exposed, or when solidification or boiling occurs, the heat storage performance is significantly lowered, and in some cases, the heat storage device is damaged. For this reason, the temperature range in which the heat accumulator can be used is greatly affected by the type of the heat accumulator used.
  • An object of the present invention is to provide a heat accumulator that can be used in a wide range of temperature, has little deterioration in performance even at low temperatures, can be used at high temperatures, has high heat transfer performance, and has little performance deterioration.
  • the heat accumulator of the present invention for solving the above problems is composed of a pipe, a granular material mainly composed of graphite in which the pipe is embedded, a container for accommodating the pipe and the granular material.
  • the heat accumulator of the present invention since the granular material mainly composed of graphite stores heat, the graphite itself can transfer heat without convection, and the mechanism of heat storage and heat transfer does not change from low temperature to high temperature. . For this reason, heat can be stored without depending on temperature.
  • the heat accumulator of the present invention since the granular material mainly composed of graphite stores heat, it is a material that has high heat resistance and is not easily deteriorated. Can be used for use.
  • the granular material contains silicon carbide.
  • Silicon carbide is a hard ceramic, and graphite is a soft ceramic.
  • silicon carbide polishes the graphite by friction between particles constituting the granular material due to vibration, thermal deformation, etc. during repeated use, increasing the contact area and facilitating heat conduction. .
  • the pipe has a serpentine structure.
  • the pipe of the heat accumulator of the present invention further has a serpentine structure, deformation of the pipe at the time of temperature rise or temperature drop occurs at various places, and friction between particles constituting the granular material is generated at that place. It tends to occur.
  • the part with a large thermal deformation by thermal expansion and contraction is also a part with a large heat flow around a pipe, the heat storage to a heat storage body can be performed efficiently.
  • the pipe has a plurality of serpentine structures facing each other, and a graphite plate is embedded between the plurality of serpentine structures.
  • the heat accumulator of the present invention has a plurality of serpentine structures in which the pipes face each other, and a graphite plate is embedded between the plurality of rows of serpentine structures, thereby forming two substantially parallel graphite plates.
  • the pipes constituting the serpentine structure are arranged in the space, and the pipes are arranged to be embedded in the powder particles.
  • phase change material absorbs or releases a lot of heat with a phase transition. Therefore, when holding the granular material which is a heat storage body at the temperature more than a phase transition temperature, a temperature fall can be suppressed. Moreover, when holding the granular material which is a heat storage body at the temperature below a phase transition temperature, a temperature rise can be suppressed. In addition, since heat transfer is performed by powder particles without using a phase change material, there is little deterioration in performance even at low temperatures, and it can be used at high temperatures, providing a heat accumulator with high heat transfer performance and low performance deterioration. be able to.
  • the granular material having graphite as a main component stores heat
  • the graphite itself can transfer heat without convection, and the mechanism of heat storage and heat transfer does not change from low temperature to high temperature. For this reason, heat can be stored without depending on temperature.
  • the heat accumulator of the present invention since the granular material mainly composed of graphite stores heat, it is a material that has high heat resistance and is not easily deteriorated. Can be used for use.
  • FIG.1 (a) is a top view of the external appearance of the thermal accumulator of Embodiment 1 which concerns on this invention
  • FIG.1 (b) is the side view
  • 2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1A
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1A
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
  • the heat accumulator of the present invention is composed of a pipe, a granular material mainly composed of graphite in which the pipe is embedded, a container that accommodates the pipe and the granular material.
  • the heat accumulator of the present invention since the granular material mainly composed of graphite stores heat, the graphite itself can transfer heat without convection, and the mechanism of heat storage and heat transfer does not change from low temperature to high temperature. . For this reason, heat can be stored without depending on temperature.
  • the heat accumulator of the present invention since the granular material mainly composed of graphite stores heat, it is a material that has high heat resistance and is not easily deteriorated. Can be used for use.
  • the material and thickness of the pipe of the present invention are not particularly limited.
  • the material of the pipe is preferably a metal, and for example, stainless steel, iron, copper, aluminum and the like can be used.
  • the powder is not particularly limited as long as graphite is a main component. Any kind of graphite such as natural graphite, artificial graphite, quiche graphite, and expanded graphite can be used.
  • a granular material containing graphite as a main component means that 50 to 100% by weight of the granular material is graphite.
  • the weight of graphite contained in the granular material is desirably 70 to 100% by weight of the granular material. If 50% by weight or more of the granular material is graphite, the graphite is likely to be worn by friction, and if it is 70% by weight or more, it is more likely to be worn. When the graphite is worn, the contact area between the particles increases, and the heat transfer performance in the heat storage body can be improved.
  • the form of the granular material is not particularly limited. For example, the following forms are mentioned.
  • A The form of the granular material formed by mixing graphite and another substance.
  • B The form of the granular material formed by partially converting the surface of the graphite particles into another substance.
  • C The form of a granular material in which other substances are present inside the graphite particles.
  • the “other substance” is not particularly limited, but may be, for example, silicon carbide.
  • graphite is a gas such as carbon dioxide or carbon monoxide that is a reaction product with oxygen and does not form a film. For this reason, it can remove by heating in air
  • the container for storing the granular material is not particularly limited.
  • a ceramic container, a metal container, or the like can be used.
  • the average particle diameter of the granular material of the regenerator of the present invention is not particularly limited. It can be fine or coarse. Among these, the average particle size of the desirable powder is 1 to 50 mm. When the average particle diameter is 1 mm or more, the number of contacts between the particles can be reduced, so that the heat transfer performance between the powder particles can be increased. When the average particle diameter is 50 mm or less, the heat transfer performance can be improved because the pipes inside the heat accumulator can be contacted at many places. Further, the particle size distribution of the granular material is not particularly limited, but preferably has a plurality of peaks. When the particle size distribution of the granular material is a particle size distribution having a plurality of peaks, fine particles can enter the gaps between the coarse particles, so that the heat transfer performance can be further improved and the heat storage capacity can be increased.
  • the powder body mainly composed of graphite preferably contains silicon carbide.
  • Silicon carbide is a hard ceramic, and graphite is a soft ceramic. The coexistence of these allows silicon carbide to polish the graphite by friction between the particles constituting the granular material due to vibration, thermal deformation, etc., increasing the contact area and facilitating heat conduction.
  • a granular material contains graphite and silicon carbide
  • the form of a granular material is "other substances" in the form (a), (b), or (c) of the granular material mentioned above. It is desirable that the granular material is silicon carbide.
  • Such a method for producing a granular material when the granular material contains graphite and silicon carbide is exemplified below.
  • A When a granular material is a form formed by mixing graphite and silicon carbide, the granular material can be obtained, for example, by mixing graphite particles and silicon carbide particles.
  • the granular material When the granular material is in a form in which the surface of the graphite particle is partially converted to silicon carbide, the surface of the granular material reacts due to the action of SiO gas or the like in a high temperature atmosphere of 1500 ° C. or higher. It can be obtained by pulverizing the converted graphite lump.
  • the powder When the powder is in a form in which silicon carbide is present inside the graphite particles, the powder is mixed with, for example, silicon carbide powder in coke, which is a raw material of graphite, and a binder such as pitch is added. It can be obtained by further pulverizing the graphite material obtained by kneading, press molding, firing and graphitization.
  • Such a granular material has a structure in which silicon carbide particles are uniformly dispersed inside graphite.
  • a preferable content of silicon carbide is 20 to 30% by weight.
  • the silicon carbide content is in the range of 20 to 30% by weight, the ratio of silicon carbide as the abrasive to the polished graphite is appropriate, and the contact area between the particles tends to increase due to wear.
  • the pipe of the regenerator of the present invention preferably has a serpentine structure.
  • the pipe of the regenerator of the present invention has a serpentine structure, deformation of the pipe when the temperature rises occurs at various places, and friction between the particles constituting the granular material easily occurs at that place.
  • the part with a large thermal deformation by thermal expansion and contraction is also a part with a large heat flow around a pipe, the heat storage to a heat storage body can be performed efficiently.
  • the serpentine structure is a state where a snake-like bent structure is formed, and a linear object is alternately folded back to form a surface. Since the serpentine structure can diffuse a linearly flowing fluid in a planar shape, heat can be transmitted to more powder particles by using it as a heat storage body.
  • the pipe of the regenerator of the present invention preferably has a plurality of serpentine structures facing each other, and a graphite plate is embedded between the plurality of serpentine structures.
  • the heat accumulator of the present invention has a plurality of serpentine structures in which the pipes face each other, and a graphite plate is embedded between the plurality of rows of serpentine structures, thereby forming two substantially parallel graphite plates.
  • the pipes constituting the serpentine structure are arranged in the space, and the pipes are arranged to be embedded in the powder particles.
  • the space formed by the granular material of the present invention is filled with a phase change material.
  • a phase change material absorbs or releases a lot of heat with a phase transition. Therefore, when holding the granular material which is a heat storage body at the temperature more than a phase transition temperature, a temperature fall can be suppressed. Moreover, when holding the granular material which is a heat storage body at the temperature below a phase transition temperature, a temperature rise can be suppressed.
  • heat transfer is performed by powder and granular material without depending on phase change material, so there is little deterioration in performance even at low temperatures, it can be used at high temperatures, and it should be a heat storage device with high heat transfer performance and low performance deterioration. Can do.
  • phase transition material sodium nitrate, potassium nitrate, etc. can be used. Since these substances have a melting point in the temperature range that can be used in the regenerator of the present invention, the high temperature can be maintained for a longer time when heated exceeding the melting point. Moreover, when it cools below melting
  • the heat storage body of the present invention is composed of a granular material containing graphite as a main component, it can be used at a high temperature.
  • it can be suitably used as a heat storage body that stores the heat of solar thermal power generation.
  • it is preferable to maintain a higher temperature.
  • it is preferable not to use a phase change substance or to use sodium nitrate etc., for example.
  • phase change materials can be used stably up to a temperature exceeding 380 ° C., and can be used without degrading the performance of the regenerator.
  • FIG.1 (a) is a top view of the external appearance of the thermal accumulator of Embodiment 1 which concerns on this invention
  • FIG.1 (b) is the side view
  • 2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1A
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1A
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
  • the cross section along the line AA ′ is a cross section at the position of the pipe
  • the cross section along the line BB ′ is a cross section at the position of the graphite plate.
  • the heat accumulator 10 As shown in FIGS. 1A and 1B, the heat accumulator 10 according to the first embodiment is accommodated in a container 3 made of a rectangular parallelepiped stainless steel having outer dimensions of a length of 1412 mm, a height of 798 mm, and a width of 1400 mm.
  • a heat insulating material having a thickness of 50 mm is attached to the upper surface, the lower surface, and the side surface of the inside of the container 3.
  • the heat insulating material is made of alumina.
  • joints 4 connected to the internal pipe 1.
  • the opening of the joint 4 has an inner diameter of ⁇ 150 mm.
  • the pipe 1 is bent so that the inside of the heat accumulator 10 has a serpentine structure.
  • the thickness of the pipe 1 is ⁇ 30 mm.
  • the pipe 1 having such a serpentine structure has five rows so as to be connected in parallel to the joints 4 at both ends, and a graphite plate 5 of 448 ⁇ 360 ⁇ 10 mm is formed between the surfaces formed by the pipe having the serpentine structure. Each is inserted.
  • the pipe 1 and the graphite plate 5 having a serpentine structure are filled with a granular material 2 mainly composed of graphite.
  • the void formed by the particles of the granular material is further filled with a phase change material made of sodium nitrate.
  • the granular material 2 is obtained as follows, for example.
  • the graphite mass is placed in an environment of 1500 to 2200 ° C., and SiO gas is introduced. Thereby, silicon carbide is formed on the surface of the graphite particles by the reaction shown in the following (formula 1).
  • 2C + SiO ⁇ SiC + CO ⁇ (Formula 1)
  • a granular material whose main component is graphite, in which part of the surface is made of particles converted to silicon carbide is obtained.
  • the proportion of graphite converted from graphite before reaction to silicon carbide can be calculated stoichiometrically from the weight change W ′ due to the reaction. .
  • the atomic weight of silicon is 28, it can be expressed by the following (formula 2).
  • C 3 ⁇ (W′ ⁇ 1) / 2 (Formula 2)
  • the heat accumulating material is composed of a granular material mainly composed of graphite and a phase change material.
  • the phase change material can be used stably if it is 380 ° C. or lower.
  • the heat accumulator can transfer heat without convection and can be used in a wide temperature range.
  • the granular material contains silicon carbide, the contact area of the granular material can be gradually increased by friction between graphite and silicon carbide during use, and therefore a heat storage device having high heat transfer performance is provided. Can do.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

蓄熱器(10)は、パイプ(1)と、前記パイプを埋設する黒鉛(2)を主成分とする粉粒体と、前記パイプと、前記粉粒体とを収容する容器(3)とからなる。これにより、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、対流によることなく黒鉛自体が伝熱することができ、蓄熱および伝熱の機構は低温から高温まで変わらない。このため、温度に依存することなく蓄熱することができる。また、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、耐熱性が高い上に、劣化しにくい素材であるので、高温でも使用することができ、さらに長期間の使用に用いることができる。

Description

蓄熱器
　本発明は、蓄熱器に関する。
　蓄熱器は、空調システム、冷蔵装置など熱を扱う分野において、広く利用されている。
　特許文献１には、蓄熱槽内の水を、該蓄熱槽内に配設された循環管を通流する冷媒にて氷結させて蓄熱する蓄熱システムであり、複数の循環管を、それぞれの各屈曲部が平行する平面内にてジグザグ状に位置するように連続的に屈曲して、相隣する各循環管の冷媒通流方向を逆方向にしたことを特徴とする蓄熱システムが記載されている。
　平面内にてジグザグ状に位置するように連続的に屈曲する構造をサーペンタイン構造ともいい、限られた面積の中で、熱を受け渡しするパイプの配置方法として、エアコンデショナー、自動車のラジエーターなど広く利用されている。
実開平１－７８８３５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された蓄熱システムは、パイプを通して熱交換を行うことにより蓄熱槽内の液体（水）を所定の温度に保つものである。蓄熱体（蓄熱槽内の液体）は液体であるので熱移動は対流を前提としたものである。このため蓄熱体が曝される温度域で粘度が高くなったり、凝固、沸騰が起きると大幅に蓄熱性能が低下し、場合によっては蓄熱器の破損の原因となる。
　このため、使用する蓄熱体の種類によって蓄熱器を使用可能な温度域が大きく影響を受ける。
　本発明は、幅広い温度域で使用可能であって、低温でも性能の低下が少なく、高温で使用することができ、伝熱性能が高く、性能劣化の少ない構成の蓄熱器を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するための本発明の蓄熱器は、パイプと、前記パイプを埋設する黒鉛を主成分とする粉粒体と、前記パイプと、前記粉粒体とを収容する容器とからなる。
　本発明の蓄熱器によれば、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、対流によることなく黒鉛自体が伝熱することができ、蓄熱および伝熱の機構は低温から高温まで変わらない。このため、温度に依存することなく蓄熱することができる。
　本発明の蓄熱器によれば、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、耐熱性が高い上に、劣化しにくい素材であるので、高温でも使用することができ、さらに長期間の使用に用いることができる。
　さらに本発明の蓄熱器は次の態様が望ましい。
（１）前記粉粒体は、炭化珪素を含有する。
炭化珪素は、硬いセラミックであり、黒鉛は軟らかいセラミックである。これらが共存することにより、使用を繰り返すうちに振動、熱変形などによる粉粒体を構成する粒子間の摩擦により炭化珪素が黒鉛を研磨し、接触面積が増え、熱伝導しやすくさせることができる。
（２）前記パイプは、サーペンタイン構造を有する。
　本発明の蓄熱器のパイプが、さらにサーペンタイン構造を有すると、温度上昇時または温度下降時のパイプの変形は様々な箇所で発生し、その箇所では、粉粒体を構成する粒子間の摩擦が発生しやすくなる。また、熱膨張、熱収縮による熱変形の大きい部分は、パイプ周辺の熱の流れの大きい部分でもあるので、蓄熱体への蓄熱を効率良く行うことができる。
（３）前記パイプは、互いに対向する複数列のサーペンタイン構造を有し、前記複数列のサーペンタイン構造の間に黒鉛板が埋設されている。
　本発明の蓄熱器は、前記パイプが互いに対向する複数列のサーペンタイン構造を有し、複数列のサーペンタイン構造の間に黒鉛板が埋設されることによって、略平行な２枚の黒鉛板が形成する空間に、サーペンタイン構造を構成するパイプが配置されるとともに、パイプは粉粒体に埋設される配置となる。
　このような配置をとることで、サーペンタイン構造のパイプの熱膨張または熱収縮による変形が生じたとき、略平行な２枚の黒鉛板と粉粒体によりその動きが拘束され、パイプ周辺の粉粒体には強い摩擦力が生じる。このため、粉粒体を構成する粒子間の接触面積が大きくなり、粉粒体を構成する粒子間を伝熱しやすくすることができ、伝熱性能を高めることができる。
（４）前記粉粒体の粒子が形成する空隙に相転移物質が充填されている。
相転移物質は、相転移に伴って多くの熱を吸収又は放出する。そのため、蓄熱体である粉粒体を相転移温度以上の温度で保持する際に、温度低下を抑制することができる。また、蓄熱体である粉粒体を相転移温度以下の温度で保持する際に、温度上昇を抑制することができる。また、伝熱は相転移物質によることなく粉粒体により行われるので、低温でも性能の低下が少なく、高温で使用することができ、伝熱性能が高く、性能劣化の少ない蓄熱器を提供することができる。
　本発明によれば、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、対流によることなく黒鉛自体が伝熱することができ、蓄熱および伝熱の機構は低温から高温まで変わらない。このため、温度に依存することなく蓄熱することができる。
　本発明の蓄熱器によれば、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、耐熱性が高い上に、劣化しにくい素材であるので、高温でも使用することができ、さらに長期間の使用に用いることができる。
図１（ａ）は、本発明に係る実施形態１の蓄熱器の外観の平面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。 図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ’線断面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ’線断面図であり、図２（ｃ）は図１（ａ）のＣ－Ｃ’線断面図である。
　本発明の蓄熱器は、パイプと、前記パイプを埋設する黒鉛を主成分とする粉粒体と、前記パイプと、前記粉粒体とを収容する容器とからなる。
　本発明の蓄熱器によれば、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、対流によることなく黒鉛自体が伝熱することができ、蓄熱および伝熱の機構は低温から高温まで変わらない。このため、温度に依存することなく蓄熱することができる。
　本発明の蓄熱器によれば、黒鉛を主成分とする粉粒体が蓄熱するので、耐熱性が高い上に、劣化しにくい素材であるので、高温でも使用することができ、さらに長期間の使用に用いることができる。
　本発明のパイプの材質、厚さなどは特に限定されない。中でもパイプの材質は、金属であることが好ましく、例えばステンレス、鉄、銅、アルミニウムなどが利用できる。
　粉粒体は、黒鉛が主成分であれば特に限定されない。黒鉛の種類としては、天然黒鉛、人造黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛などどのようなものでも利用することができる。
　本明細書において、「黒鉛を主成分とする粉粒体」とは、粉粒体の５０～１００重量％が黒鉛であることを意味する。なお、粉粒体に含まれる黒鉛の重量としては、粉粒体の７０～１００重量％であることが望ましい。粉粒体の５０重量％以上が黒鉛であると、摩擦によって黒鉛が摩耗されやすくなり、７０重量％以上であるとさらに摩耗されやすくなる。黒鉛が摩耗されることにより、粒子間の接触面積が増え、蓄熱体内の伝熱性能を高めることができる。
　粉粒体は、特にその形態は限定されない。例えば次のような形態が挙げられる。
（ａ）黒鉛と他の物質とが混合してなる粉粒体の形態。
（ｂ）黒鉛粒子の表面が部分的に他の物質に転化してなる粉粒体の形態。
（ｃ）黒鉛粒子の内部に他の物質が存在してなる粉粒体の形態。
　なお、「他の物質」としては、特に限定されないが、例えば、炭化珪素であってもよい。
　粉粒体中の黒鉛の含有量についての測定方法を説明する。
　黒鉛は、他のセラミックと異なり、酸素との反応生成物が二酸化炭素、一酸化炭素などのガスであり、被膜などを作ることがない。このため、大気中で加熱することにより、取り除くことができる。このため、黒鉛の表面が露出するように粉砕して、大気中で燃焼することにより、加熱前後の重量変化を測定し、黒鉛の含有量を測定することができる。
　本発明の蓄熱器において、粉粒体を収納する容器は特に限定されない。例えば、セラミックの容器、金属の容器などを利用することができる。なお、蓄熱器を、６００℃を超える温度で使用する場合には、外気と接触しないよう密閉されていることが好ましい。
　本発明の蓄熱器の粉粒体の平均粒子径は特に限定されない。細かなものでも粗いものでも良い。中でも望ましい粉粒体の平均粒子径は、１～５０ｍｍである。平均粒子径が１ｍｍ以上であると、粒子間の接点の数が少なくできるので、各粉粒体間の伝熱性能を高くすることができる。平均粒子径が５０ｍｍ以下であると、蓄熱器の内部のパイプにより多くの箇所で接触することができるので、伝熱性能を高めることができる。
　また、粉粒体の粒度分布は、特に限定されないが、複数のピークを有することが望ましい。粉粒体の粒度分布が、複数のピークを有する粒度分布であると、粗い粒子の隙間に細かな粒子が入ることができ、より伝熱性能を高め、蓄熱の容量を大きくすることができる。
　本発明の蓄熱器において黒鉛を主成分とする粉粒体は、炭化珪素を含有することが好ましい。
　炭化珪素は、硬いセラミックであり、黒鉛は軟らかいセラミックである。これらが共存することにより、振動、熱変形などによる粉粒体を構成する粒子間の摩擦により炭化珪素が黒鉛を研磨し、接触面積が増え、熱伝導しやすくさせることができる。
　なお、粉粒体が、黒鉛と、炭化珪素とを含む場合、粉粒体の形態は、上述した粉粒体の形態（ａ）、（ｂ）、又は（ｃ）において「他の物質」が炭化珪素である粉粒体であることが望ましい。
　このような、粉粒体が黒鉛と炭化珪素とを含む場合の粉粒体の製造方法を以下に例示する。
（ａ）粉粒体が、黒鉛と炭化珪素とが混合してなる形態の場合、粉粒体は、例えば黒鉛粒子と炭化珪素粒子とを混合することによって得ることができる。
（ｂ）粉粒体が、黒鉛粒子の表面が部分的に炭化珪素に転化してなる形態の場合、粉粒体は、例えば、１５００℃以上の高温雰囲気でＳｉＯガスなどの作用により表面が反応転化した黒鉛の塊状体を粉砕することによって得ることができる。
（ｃ）粉粒体が、黒鉛粒子の内部に炭化珪素が存在してなる形態の場合、粉粒体は、例えば、黒鉛の原材料であるコークスに炭化珪素の粉を混ぜピッチなどのバインダを加え混練し、プレス成形し、焼成、黒鉛化して得られた黒鉛材料をさらに粉砕することによって得ることができる。このような粉粒体は、黒鉛の内部に均一に炭化珪素の粒子が分散した構造となる。
　炭化珪素の好ましい含有量は、２０～３０重量％である。炭化珪素の含有量が２０～３０重量％の範囲であると研磨材である炭化珪素と研磨される黒鉛の比率が適度であって、摩耗によって粒子間の接触面積が大きくなりやすい。
　本発明の蓄熱器のパイプは、サーペンタイン構造を有することが好ましい。
　本発明の蓄熱器のパイプが、サーペンタイン構造を有すると、温度上昇時のパイプの変形は様々な箇所で発生し、その箇所では、粉粒体を構成する粒子間の摩擦が発生しやすくなる。また、熱膨張、熱収縮による熱変形の大きい部分は、パイプ周辺の熱の流れの大きい部分でもあるので、蓄熱体への蓄熱を効率良く行うことができる。
　サーペンタイン（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）構造とは、ヘビのように曲がっている構造をしめし、線状の物体が交互に折り返されながら、面を形成する状態である。
　サーペンタイン構造は、線状に流れる流体を面状に拡散することができるので、蓄熱体として使用することにより、より多くの粉粒体に熱を伝えることができる。
　本発明の蓄熱器のパイプは、互いに対向する複数列のサーペンタイン構造を有し、複数列のサーペンタイン構造の間に黒鉛板が埋設されていることが好ましい。
　本発明の蓄熱器は、前記パイプが互いに対向する複数列のサーペンタイン構造を有し、複数列のサーペンタイン構造の間に黒鉛板が埋設されることによって、略平行な２枚の黒鉛板が形成する空間に、サーペンタイン構造を構成するパイプが配置されるとともに、パイプは粉粒体に埋設される配置となる。
　このような配置をとることで、サーペンタイン構造のパイプの熱膨張または熱収縮による変形が生じたとき、略平行な２枚の黒鉛板と粉粒体によりその動きが拘束され、パイプ周辺の粉粒体には強い摩擦力が生じる。このため、粉粒体を構成する粒子間の接触面積が大きくなり、粉粒体を構成する粒子間を伝熱しやすくすることができ、伝熱性能を高めることができる。
　また、パイプが互いに対向する複数列のサーペンタイン構造を有することにより、線状に流れる流体を蓄熱器の内部の粉粒体の隅々にまで行き渡らせることができる。
　本発明の前記粉粒体の形成する空隙には、相転移物質が充填されていることが好ましい。
　相転移物質は、相転移に伴って多くの熱を吸収又は放出する。そのため、蓄熱体である粉粒体を相転移温度以上の温度で保持する際に、温度低下を抑制することができる。また、蓄熱体である粉粒体を相転移温度以下の温度で保持する際に、温度上昇を抑制することができる。
　また、伝熱は相転移物質によることなく粉粒体により行われるので、低温でも性能の低下が少なく、高温で使用することができ、伝熱性能が高く、性能劣化の少ない蓄熱器とすることができる。
　相転移物質としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が利用できる。これらの物質は、本発明の蓄熱器に使用できる温度域に融点を有しているので、融点を超えて加熱した際により長く高温を維持することができる。また、融点以下に冷却した際に、より長く低温を維持することができる。
　本発明の蓄熱体は、黒鉛を主成分とする粉粒体よりなるので、高い温度で使用することができ、例えば太陽熱発電の熱を蓄える蓄熱体として好適に使用することができる。太陽熱発電に用いる場合、より高い温度を保持することが好ましい。また、相転移物質は、用いないか、例えば硝酸ナトリウムなどを使用することが好ましい。これらの相転移物質は、３８０℃を超える温度まで安定して使用することができ、蓄熱器の性能を低下させることなく使用することができる。
　以下本発明の実施形態１について図を用いて説明する。
　図１（ａ）は、本発明に係る実施形態１の蓄熱器の外観の平面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。
図２（ａ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ’線断面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ’線断面図であり、図２（ｃ）は図１（ａ）のＣ－Ｃ’線断面図である。
　なお、Ａ－Ａ’線断面は、パイプの位置の断面であり、Ｂ－Ｂ’線断面は、黒鉛板の位置の断面である。
　図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施形態１の蓄熱器１０は、外寸が長さ１４１２ｍｍ、高さ７９８ｍｍ、幅１４００ｍｍの直方体のステンレスからなる容器３に収容されている。容器３の内側の上面、下面、側面には５０ｍｍの厚さの断熱材が取り付けられている。断熱材はアルミナからなる。
　容器３の長さ方向の両端部には、それぞれ内部のパイプ１につながる継ぎ手４を有している。継ぎ手４の開口は、内径φ１５０ｍｍである。蓄熱器１０の内部はサーペンタイン構造となるようにパイプ１が曲げられている。パイプ１の太さはφ３０ｍｍである。このようなサーペンタイン構造をとるパイプ１は、それぞれ両端の継ぎ手４に並列接続となるように５列有し、サーペンタイン構造をとるパイプが形成する面の間に４４８×３６０×１０ｍｍの黒鉛板５がそれぞれ挿入されている。サーペンタイン構造をとるパイプ１および黒鉛板５は、黒鉛を主成分とする粉粒体２によって充填されている。粉粒体の粒子が形成する空隙には、さらに硝酸ナトリウムからなる相転移物質が充填されている。
　粉粒体２は、例えば以下のようにして得られる。黒鉛の塊状体を１５００～２２００℃の環境下に置き、ＳｉＯガスを導入する。これにより下記（式１）に示す反応により黒鉛粒子の表面に炭化珪素が形成される。
　２Ｃ＋ＳｉＯ→ＳｉＣ＋ＣＯ↑　　　　　　　　　　　　　　（式１）
炭化珪素の形成された黒鉛の塊状体を粉砕することにより、表面の一部が、炭化珪素に転化した粒子からなる黒鉛を主成分とする粉粒体が得られる。出発物質を黒鉛とし、ＳｉＯガスで炭化珪素に転化する場合には、反応前の黒鉛から炭化珪素に転化した黒鉛の割合を、反応による重量変化Ｗ’から化学量論的に計算することができる。
　すなわち、炭化珪素に転化した黒鉛の重量と、反応前黒鉛の重量との比Ｃ（Ｃ＝炭化珪素に転化した黒鉛の重量／反応前黒鉛の重量）は、炭素（黒鉛）の原子量を１２とし、珪素の原子量を２８とすると、下記（式２）で示すことができる。
　Ｃ＝３×（Ｗ’－１）／２　　　　　　　　　　　　　　　（式２）
例えば、反応による重量増がなければ（反応後の反応物の重量が元の重量と同じ：Ｗ’＝１）、炭化珪素に転化した黒鉛は全くないことになる。
　反応による重量増が６６．７％であれば（Ｗ’＝１．６６７）、全ての黒鉛が炭化珪素に転化したことになる。
　反応による重量増加が２２％であれば（Ｗ’＝１．２２）、反応前黒鉛の３３％が炭化珪素に転化したことになる。
　本実施形態の蓄熱器によれば、蓄熱材が黒鉛を主成分とする粉粒体および相転移物質からなる。相転移物質は、３８０℃以下であれば安定して使用することができる。蓄熱器は、対流によることなく伝熱でき、広い温度域で使用が可能となる。
　また粉粒体は、炭化珪素を含有しているので使用時に黒鉛と炭化珪素の摩擦により徐々に粉粒体の接触面積を大きくすることができるので、伝熱性能の高い蓄熱器を提供することができる。
１　パイプ
２　粉粒体
３　容器
４　継ぎ手
５　黒鉛板
１０　蓄熱器

Claims (5)

  1. パイプと、
    前記パイプを埋設する黒鉛を主成分とする粉粒体と、
    前記パイプと、前記粉粒体とを収容する容器とからなる蓄熱器。
  2. 前記粉粒体は、炭化珪素を含有することを特徴とする請求項１記載の蓄熱器。
  3. 前記パイプは、サーペンタイン構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱器。
  4. 前記パイプは、互いに対向する複数列のサーペンタイン構造を有し、前記複数列のサーペンタイン構造の間に黒鉛板が埋設されていることを特徴とする請求項３に記載の蓄熱器。
  5. 前記粉粒体の粒子が形成する空隙に相転移物質が充填されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄熱器。
PCT/JP2014/080049 2013-11-15 2014-11-13 蓄熱器 Ceased WO2015072503A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-236676 2013-11-15
JP2013236676A JP2017036841A (ja) 2013-11-15 2013-11-15 蓄熱器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015072503A1 true WO2015072503A1 (ja) 2015-05-21

Family

ID=53057437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/080049 Ceased WO2015072503A1 (ja) 2013-11-15 2014-11-13 蓄熱器

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2017036841A (ja)
WO (1) WO2015072503A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017020566A1 (zh) * 2015-07-31 2017-02-09 江苏启能新能源材料有限公司 一种相变式储热装置
US10591225B2 (en) 2015-07-31 2020-03-17 Pioneer Energy (Jiangsu) Co., Ltd. Phase change heat storage device
CN116772631A (zh) * 2022-03-08 2023-09-19 国家能源投资集团有限责任公司 储热结构及储热体的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018159590A1 (ja) 2017-02-28 2018-09-07 三菱マテリアル株式会社 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法
WO2020142806A1 (en) * 2019-01-09 2020-07-16 Graphite Solar Power Pty Limited Thermal energy storage apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000161786A (ja) * 1990-03-30 2000-06-16 Babcock Hitachi Kk 蓄熱装置
JP2004003815A (ja) * 2002-04-09 2004-01-08 Energy Support Corp 蓄熱装置
JP2006329604A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Yamaguchi Michiko ドライ式熱交換型蓄熱装置
JP2007315704A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Webasto Ag 蓄冷器または蓄熱器およびその製造法
JP2011127832A (ja) * 2009-12-17 2011-06-30 Teijin Ltd 熱交換性能を向上させた蓄熱装置
JP2012093004A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Ibiden Co Ltd 集熱レシーバー及び太陽熱発電装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000161786A (ja) * 1990-03-30 2000-06-16 Babcock Hitachi Kk 蓄熱装置
JP2004003815A (ja) * 2002-04-09 2004-01-08 Energy Support Corp 蓄熱装置
JP2006329604A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Yamaguchi Michiko ドライ式熱交換型蓄熱装置
JP2007315704A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Webasto Ag 蓄冷器または蓄熱器およびその製造法
JP2011127832A (ja) * 2009-12-17 2011-06-30 Teijin Ltd 熱交換性能を向上させた蓄熱装置
JP2012093004A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Ibiden Co Ltd 集熱レシーバー及び太陽熱発電装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017020566A1 (zh) * 2015-07-31 2017-02-09 江苏启能新能源材料有限公司 一种相变式储热装置
US10591225B2 (en) 2015-07-31 2020-03-17 Pioneer Energy (Jiangsu) Co., Ltd. Phase change heat storage device
CN116772631A (zh) * 2022-03-08 2023-09-19 国家能源投资集团有限责任公司 储热结构及储热体的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017036841A (ja) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koide et al. Performance analysis of packed bed latent heat storage system for high-temperature thermal energy storage using pellets composed of micro-encapsulated phase change material
Nie et al. Performance enhancement of a phase-change-material based thermal energy storage device for air-conditioning applications
JP2017036841A (ja) 蓄熱器
Zhong et al. Encapsulation of high-temperature inorganic phase change materials using graphite as heat transfer enhancer
Liu et al. A review on thermal properties improvement of phase change materials and its combination with solar thermal energy storage
JP4652818B2 (ja) フレキシブルグラファイト熱管理装置
CN111578130B (zh) 导热翅片和具有其的固态氢储存设备
Li et al. Carbonate salt based composite phase change materials for medium and high temperature thermal energy storage: From component to device level performance through modelling
TWI661171B (zh) 熱管
JP5637020B2 (ja) 熱伝達装置
Tony Recent frontiers in solar energy storage via nanoparticles enhanced phase change materials: Succinct review on basics, applications, and their environmental aspects
Kumar et al. Experimental analysis of salt hydrate latent heat thermal energy storage system with porous aluminum fabric and salt hydrate as phase change material with enhanced stability and supercooling
JP2009133590A (ja) 蓄熱装置及びその製造方法
JP2018179403A (ja) ヒートパイプ
Abdoos et al. A comprehensive review of nano‐phase change materials with a focus on the effects of influential factors
US20120138849A1 (en) Composite material for storing heat energy at high temperatures
Venkatakrishnan et al. A state-of-the-art review on advancements in phase change material encapsulation techniques for electronics cooling
JP6662239B2 (ja) 熱スイッチ装置
Park et al. Thermal performance of a heat pipe with two dissimilar condensers for a medium-temperature thermal storage system
JP2018179487A (ja) ヒートパイプ
JP2013194927A (ja) 蓄熱式熱交換器及びそれを用いた入解熱方法
WO2015133381A1 (ja) 蓄熱器
JP2016216593A (ja) 反応材、熱交換器及びケミカルヒートポンプ
CN116929120A (zh) 导热体结构及其制备方法
Zhao et al. Heat transfer of phase change materials (PCMs) in porous materials

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14861447

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14861447

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP